商業(yè)航天互聯(lián)網(wǎng)星座用元器件保證研究

蔡娜 劉文寶 徐 李艷波

（中國航天標(biāo)準(zhǔn)化與產(chǎn)品保證研究院， 北京， 100071）

近年來， 美國、 加拿大等相繼部署近地衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略， 旨在推動空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。 以SpaceX、 OneWeb 為代表的新興衛(wèi)星企業(yè)紛紛發(fā)布低軌衛(wèi)星發(fā)射計劃， 積極獲取近地軌道、 頻譜資源， 加速推進(jìn)全球布局[1]。 其目的均為爭奪空天領(lǐng)域網(wǎng)絡(luò)主導(dǎo)權(quán)， 利用近地衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢獲取發(fā)展先機(jī)。

隨著航天產(chǎn)業(yè)市場化時代的到來， 近年來伴隨國家大力推動 “互聯(lián)網(wǎng)+航天” 的產(chǎn)業(yè)升級變革， 中國在商業(yè)衛(wèi)星方面取得了進(jìn)展。 2017 年，我國18 次運(yùn)載火箭發(fā)射中商業(yè)衛(wèi)星的數(shù)量達(dá)到8 顆。 以高景一號、 珠海一號、 吉林一號等為代表的商業(yè)衛(wèi)星在民用遙感觀測、 資源監(jiān)測、 驗(yàn)證新技術(shù)等方面發(fā)揮作用。 為形成覆蓋全球的國家衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)， 我國相繼啟動了鴻雁星座、 虹云工程的建設(shè)工作， 預(yù)計未來幾年將密集發(fā)射近千顆商業(yè)衛(wèi)星。 在此建設(shè)背景下， 商業(yè)互聯(lián)網(wǎng)星座工程對元器件的研制生產(chǎn)、 質(zhì)量、 速度、 資源利用效率與協(xié)同管理能力等均提出了新模式要求。

傳統(tǒng)航天工程用元器件追求高質(zhì)量、 高可靠， 對成本和批量化基本沒有考慮， 而質(zhì)優(yōu)價廉對于商業(yè)航天卻是最重要的需求， 這為元器件保證工作帶來了極大的挑戰(zhàn)， 同時也帶來了嶄新的發(fā)展機(jī)遇。 需要從元器件保證的本質(zhì)出發(fā)， 根據(jù)商業(yè)航天工程特點(diǎn)， 全面設(shè)計適合商業(yè)航天的元器件保證方法和項(xiàng)目， 指導(dǎo)和規(guī)范商業(yè)航天元器件保證工作進(jìn)展， 有力支撐我國商業(yè)航天工程建設(shè)步伐。

1 元器件產(chǎn)品保證需求分析

從商業(yè)航天工程最根本的需求出發(fā)， 面對商業(yè)航天低成本、 低風(fēng)險、 批量化、 市場化等特點(diǎn)[2]，分析元器件保證工作要求， 需要重點(diǎn)關(guān)注以下4 方面內(nèi)容。

a） 低成本。按照商業(yè)航天成本控制的要求，要兼顧成本和質(zhì)量要求。 一方面要降低軍用元器件成本， 另一方面要保證大量商用器件可靠應(yīng)用。 元器件保證需要在技術(shù)和管理上進(jìn)行創(chuàng)新。

b） 批量化。商業(yè)航天衛(wèi)星呈數(shù)量級發(fā)展，從傳統(tǒng)衛(wèi)星的幾十顆、 幾百顆， 到幾千顆， 上萬顆， 傳統(tǒng)航天元器件品種多、 數(shù)量少、 單批次的供應(yīng)保證模式已不能滿足需求， 需要在供應(yīng)保證方式方法上實(shí)現(xiàn)集中和統(tǒng)一， 保證批量產(chǎn)能。

c） 長期穩(wěn)定。商業(yè)航天不僅在航天器數(shù)量和批量上有著新的需求， 還有著在軌時間較長，工程持續(xù)性開展等要求， 需要元器件能夠長期穩(wěn)定供應(yīng)。

d） 自主可控。我國商業(yè)航天必然要面對國外的激烈競爭， 因此工程要具有話語權(quán)， 要能夠自主可控。 系統(tǒng)和元器件都要立足國內(nèi)設(shè)計研發(fā)， 元器件保證方式要聚焦國產(chǎn)元器件水平有針對性開展。

2 元器件產(chǎn)品保證目標(biāo)和原則研究

通過對星座衛(wèi)星的工程需求分析， 需要對元器件采取各種保證措施， 使其在互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星的整個壽命周期內(nèi)性能、 可靠性、 進(jìn)度和經(jīng)費(fèi)滿足預(yù)期要求。 圍繞 “成本、 批量、 長期穩(wěn)定、 自主可控”， 形成批量供應(yīng)能力， 滿足工程要求； 建立長期穩(wěn)定自主可控能力， 確保工程不受制于人，實(shí)現(xiàn) “好、 快、 省” 的元器件質(zhì)量保證新模式。

按照整個工程目標(biāo)要求， 進(jìn)一步分解出元器件保證的目標(biāo)。 為建立全新的商業(yè)航天互聯(lián)網(wǎng)星座， 基本原則是元器件保證工作應(yīng)在國家統(tǒng)一要求、 統(tǒng)一管理下開放性實(shí)施， 充分利用社會優(yōu)勢資源， 公平競爭， 實(shí)施保證機(jī)構(gòu)認(rèn)證認(rèn)可。 要確保元器件自主可控， 優(yōu)先選用國產(chǎn)元器件， 以國產(chǎn)元器件開展系統(tǒng)設(shè)計， 提出國產(chǎn)化需求， 逐步實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化產(chǎn)品替代進(jìn)口元器件。 進(jìn)一步壓縮優(yōu)化元器件品種， 實(shí)施集中采購， 降低成本， 確保進(jìn)度。 鼓勵使用已有質(zhì)量保證數(shù)據(jù)和已成熟應(yīng)用的商用元器件， 降低元器件成本。

3 元器件產(chǎn)品保證工作及模式

3.1 元器件保證總承模式

目前我國航天元器件保證工作， 主要由航天科技一院、 五院、 八院等元器件可靠性中心負(fù)責(zé)開展， 各可靠性中心按照各自單位體系和型號要求開展相應(yīng)的元器件保證工作， 包括元器件的選用、 采購、 監(jiān)制驗(yàn)收、 補(bǔ)充篩選等。 分散的采購工作， 使得元器件數(shù)量和品種不集中， 元器件制造成本難以下降。 同時， 質(zhì)量保證工作各自開展， 成果不能共享， 一定程度上造成了質(zhì)量保證成本的上升和資源的浪費(fèi)。

面對商業(yè)航天新的運(yùn)營模式要求， 達(dá)到 “好、快、 省” 的目標(biāo)， 需要改變現(xiàn)有元器件保證體系和模式。 可以借鑒歐洲CPPA 模式， 依托元器專業(yè)件保證機(jī)構(gòu)， 建立起統(tǒng)一、 集中的元器件選用、采購、 保證、 失效分析等元器件總承模式， 實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)星座用元器件的低成本和可靠質(zhì)量。

元器件總承模式是連接生產(chǎn)廠和用戶的橋梁， 貫穿于從元器件功能定義到裝機(jī)運(yùn)行整個采購過程中的質(zhì)量保證。 通過產(chǎn)品保證大綱、 組織和控制， 確保能夠經(jīng)濟(jì)高效的選用、 制造、 測試型號制造過程所需EEE 元器件， 滿足工程型號進(jìn)度、 質(zhì)量保證要求。

采取元器件總承模式， 能夠優(yōu)化壓縮元器件品種， 降低重復(fù)性成本及小批量購買成本。 由于減少了元器件品種， 因此也降低了批失效風(fēng)險。整合實(shí)施一次檢測評價， 實(shí)現(xiàn)采購可視化、 可控化。 提供高效單一接口， 集中管理出口許可和元器件斷檔問題， 在采購過程中， 協(xié)調(diào)處理不一致問題。 在所有用戶中推廣問題報告和預(yù)警管理。提供專業(yè)的技術(shù)支持， 提高價格談判能力， 集中采購機(jī)構(gòu)在談判中有地位的優(yōu)勢。 可與制造商建立長期的合作框架協(xié)議， 把采購成本降到最低，協(xié)調(diào)元器件供應(yīng)時間與工程需要相符合。 最大化協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)質(zhì)量保證一致性， 通過專業(yè)機(jī)構(gòu)的元器件總承， 在工程中采用多種質(zhì)量一致性保證方法， 保證工程質(zhì)量， 滿足工程需要， 保證達(dá)到工程目標(biāo)。

3.2 統(tǒng)一元器件標(biāo)準(zhǔn)

商業(yè)航天工程用元器件數(shù)量大、 品種多， 涉及型號應(yīng)用、 產(chǎn)品保證工作和研制工作等多個環(huán)節(jié)。 研究制定相關(guān)工程采購規(guī)范， 快速滿足工程保證要求， 從而建立起統(tǒng)一的元器件保證基線，為后續(xù)選用、 檢驗(yàn)測試及應(yīng)用提供統(tǒng)一依據(jù)， 為實(shí)現(xiàn)低成本、 批量化供應(yīng)保障奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

產(chǎn)品規(guī)范中的質(zhì)量等級應(yīng)綜合元器件的質(zhì)量與成本要求， 根據(jù)元器件應(yīng)用的不同部位要求選擇適用的元器件質(zhì)量等級。 優(yōu)先推薦按照現(xiàn)有國軍標(biāo)和宇航元器件標(biāo)準(zhǔn)選用元器件的質(zhì)量等級，其次選用成熟能夠滿足需求的商用元器件等級。

目前宇航元器件標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)初見成效， 發(fā)布實(shí)施了2000 余項(xiàng)產(chǎn)品詳細(xì)規(guī)范， 覆蓋航天型號用80%以上的元器件。 宇航元器件產(chǎn)品規(guī)范通過對現(xiàn)有航天各型號元器件采購規(guī)范的整合形成， 宇航元器件產(chǎn)品規(guī)范中規(guī)定的質(zhì)量等級從高到低分為YA、 YB、 YC， YC 等級基本能夠滿足現(xiàn)有大部分航天型號的要求， 建議以YC 為基礎(chǔ)并具體根據(jù)型號應(yīng)用需求選用。

3.3 鑒定與認(rèn)證一體化

為了確保工程用元器件的質(zhì)量， 實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢資源集中效益， 需要在現(xiàn)有航天元器件供應(yīng)商及產(chǎn)品認(rèn)證的基礎(chǔ)上， 建立起適合商業(yè)衛(wèi)星用的新模式。 為降低元器件認(rèn)證管理成本， 實(shí)施元器件鑒定和認(rèn)證一體化管理， 用戶要求應(yīng)全面落實(shí)到鑒定工作中， 而不只是產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的符合性檢驗(yàn)和試驗(yàn)。

在認(rèn)定工作模式上要改變現(xiàn)有分散不統(tǒng)一，各個用戶分別開展重復(fù)性的認(rèn)定工作模式， 一定程度上導(dǎo)致元器件成本高昂。 面對衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座工程特點(diǎn)， 成本因素制約工程實(shí)施， 研究建立集約化認(rèn)定模式， 規(guī)范生產(chǎn)線生產(chǎn)廠認(rèn)證監(jiān)督，嚴(yán)格將標(biāo)準(zhǔn)要求落實(shí)到生產(chǎn)中， 不再附加用戶要求落實(shí)， 形成全面地、 全過程地降成本， 改變短期、 局部、 單一產(chǎn)品降成本的做法。 建立起專業(yè)第三方認(rèn)定機(jī)構(gòu)統(tǒng)一開展認(rèn)定和生產(chǎn)廠培育工作。

本著與供應(yīng)商建立供應(yīng)鏈聯(lián)盟的思路， 從工程需求和質(zhì)量可靠性工程要求出發(fā)， 幫助生產(chǎn)廠提升產(chǎn)品研制質(zhì)量， 從而更好地服務(wù)工程， 保證工程成功實(shí)施。 研究培育生產(chǎn)廠生產(chǎn)線的內(nèi)容及機(jī)制， 提出能夠落地的切實(shí)可行的培育方案。

3.4 統(tǒng)一選用與準(zhǔn)入

元器件選型時， 要兼顧成本、 批量和質(zhì)量可靠性要求， 實(shí)現(xiàn)品種壓縮， 建立型號元器件選用目錄， 統(tǒng)一選用要求。 元器件選型信息應(yīng)定期發(fā)布， 包括選型范圍及結(jié)果， 促進(jìn)各系統(tǒng)選型工作的優(yōu)化。 具體選用時應(yīng)嚴(yán)格遵循 “先國內(nèi)后國外、 先目錄內(nèi)后目錄外、 先成熟產(chǎn)品后新品” 等要求。

3.5 輻射敏感元器件選用

具有抗輻射指標(biāo)的元器件一般價格都較高，考慮型號成本要求， 優(yōu)先選擇輻射不敏感元器件， 其次通過系統(tǒng)級防護(hù)和加固的方式。 如必須選用抗輻射要求的元器件時， 綜合分析任務(wù)軌道、 任務(wù)時間、 空間輻射環(huán)境和應(yīng)用部位等要求， 充分利用已有輻射數(shù)據(jù)和仿真分析等手段，開展元器件抗輻射能力設(shè)計， 選擇能滿足要求的元器件， 必要時應(yīng)進(jìn)行輻射驗(yàn)證試驗(yàn) （RVT） 確認(rèn)。 若無適用抗輻射能力的元器件， 應(yīng)采取相應(yīng)的防護(hù)措施。

4 元器件信息管理

互聯(lián)網(wǎng)工程專項(xiàng)系統(tǒng)龐大、 衛(wèi)星數(shù)量多、 在軌運(yùn)行時間長， 統(tǒng)籌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)工程用各系統(tǒng)各單位元器件保障信息， 利用信息化、 智能化的手段， 構(gòu)建起工程元器件共享信息平臺， 覆蓋元器件需求規(guī)劃、 選用、 采購、 驗(yàn)證、 質(zhì)量保證、 工程應(yīng)用等全過程， 實(shí)現(xiàn)信息實(shí)時查詢、 指導(dǎo)選型、 協(xié)調(diào)配套、質(zhì)量信息處理等功能， 全面鏈接管理機(jī)關(guān)、 工程大總體、 單機(jī)單位、 使用單位、 研制單位等單位元器件信息， 達(dá)到工程整體的高質(zhì)量、 高效率和高效益， 全面推動工程順利實(shí)施。

5 結(jié)束語

圍繞衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)工程對元器件供應(yīng)保證的新需求， 按照供應(yīng)保證全鏈條， 頂層體系化地開展供應(yīng)保證方法研究， 以元器件工程選型及準(zhǔn)入為抓手， 優(yōu)化選型， 建立工程元器件選用基線， 形成工程元器件選用目錄。 提出適度質(zhì)量可靠性要求下的成本低和周期短的工程元器件質(zhì)量保證要求， 基于國產(chǎn)元器件產(chǎn)品設(shè)計， 建立標(biāo)準(zhǔn)快速研制模式。 為滿足工程高可靠、 低成本要求， 建立元器件總承模式， 建立研制保證一體化、 采購集約化、 生產(chǎn)線認(rèn)證規(guī)范化的新模式， 建立元器件長期穩(wěn)定供應(yīng)機(jī)制， 并通過信息化手段實(shí)現(xiàn)元器件在線選用管理、 采購供應(yīng)及問題處理等， 實(shí)現(xiàn)商業(yè)航天互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星工程的 “好、 快、 省” 整體目標(biāo)， 并進(jìn)行工程實(shí)踐， 最終全面支撐工程實(shí)施。